复合纵长构件

文档序号:1803459 发布日期:2021-11-05 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 复合纵长构件 (Composite elongate member ) 是由 大久保洋志 于 2019-03-26 设计创作,主要内容包括:复合纵长构件(中心柱)具有:主构件(柱外面板)(1),其沿长度方向弯曲,并且与该长度方向垂直的截面的形状为朝向弯曲外侧凸出的形状;增强构件(2),其由纤维强化树脂(CFRP)形成,配置于主构件1的弯曲内侧且配置于主构件(1)的上述截面的内部。增强构件(2)的一端(2a)粘接于主构件的一端侧,增强构件(2)的另一端(2a)粘接于主构件(1)的另一端侧。增强构件(2)的一端(2a)与另一端(2b)之间的中间部(2b)在主构件(1)的上述截面的内部沿直线延伸设置。(The composite longitudinal member (center post) has: a main member (pillar outer panel) (1) which is bent in a longitudinal direction and has a cross section perpendicular to the longitudinal direction in a shape which is convex outward in the bending direction; and a reinforcing member (2) which is formed of a fiber reinforced resin (CFRP), is disposed on the inside of the bend of the main member (1), and is disposed inside the cross section of the main member (1). One end (2a) of the reinforcing member (2) is bonded to one end side of the main member, and the other end (2a) of the reinforcing member (2) is bonded to the other end side of the main member (1). An intermediate portion (2b) between one end (2a) and the other end (2b) of the reinforcing member (2) extends linearly inside the cross section of the main member (1).)

复合纵长构件

技术领域

本发明涉及一种由金属和纤维强化树脂形成的复合纵长构件[long compositemember]。

背景技术

在下述专利文献1中公开了车体骨架结构,更具体地讲是车辆的中心柱的结构。该中心柱是通过利用粘接剂将纤维强化树脂(FRP)制的增强构件接合于金属制的外面板而构成的。即,该中心柱是由金属和纤维强化性树脂形成的复合纵长构件,利用纤维强化树脂增强金属板,由此兼顾作为车体骨架结构构件的强度和刚性,提升针对冲击的强度。

上述复合纵长构件(中心柱)以沿其长度方向朝向车体外侧凸出的方式弯曲[curved convexly toward the outside of the vehicle body]。即,外面板和增强构件都同样地弯曲。外面板的与长度方向垂直的截面的形状是朝向弯曲外侧凸出并且朝向弯曲内侧凹陷的形状[a shape protruding on the outer side of the curvature anddepressing on the inner side of the curvature](有棱角的U字形状[angled U-shape])。增强构件粘接于外面板的上述的截面形状的内侧(弯曲内面)。增强构件的与长度方向垂直的截面的形状也是朝向弯曲外侧凸出并且朝向弯曲内侧凹陷的形状(有棱角的U字形状)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2013-212730号公报

发明内容

在其他车辆自侧方与车体碰撞、或由于该碰撞车体发生侧翻的情况下,上述复合纵长构件(中心柱)自车体外侧即自弯曲外侧承受负荷。在负荷较大的情况下,以弯曲被压溃的方式向车体内侧变形。形成增强构件的纤维强化树脂具有针对拉伸负荷较强但针对压缩负荷较弱的性质。因此,当复合纵长构件开始变形时,增强构件也开始变形,不仅拉伸负荷而且压缩负荷也开始作用于纤维强化树脂。其结果,当负荷纵长构件开始变形时不能得到足够的增强。

因此,本发明的目的在于提供一种即使由于来自弯曲外侧的负荷而开始变形之后也能够充分抵抗该负荷的复合纵长构件。

本发明的复合纵长构件具有:主构件,其沿长度方向弯曲,并且具有朝向弯曲外侧凸出的截面形状;增强构件,其由纤维强化树脂形成,并配置于主构件的弯曲内侧。增强构件的一端粘接于主构件的一端侧,其另一端粘接于主构件的另一端侧。增强构件的中间部在主构件的弯曲内部沿直线延伸设置。

附图说明

图1是第一实施方式的复合纵长构件的分解立体图。

图2是上述复合纵长构件的第二构件的内部后视图。

图3是上述复合纵长构件的侧视图。

图4是第二实施方式的复合纵长构件的立体图。

具体实施方式

以下,参照附图对实施方式的复合纵长构件进行说明。

如图1~图3所示,第一实施方式的复合纵长构件被用作车体骨架结构构件,具体来讲,被用作中心柱(B柱)。此外,车辆的中心柱有时也与前后门开口周围骨架结构(侧梁、A柱、C柱、车顶纵梁等)、后挡泥板等一体地形成为车身侧面板的局部。这种情况下,若观察中心柱的部分,则为复合纵长构件。

本实施方式的复合纵长构件由作为主构件的柱外面板1和一对增强构件2构成。另外,作为中心柱还具有作为副构件的柱内面板3。中心柱以沿其长度方向朝向车体外侧凸出的方式弯曲。因此,柱外面板1也以沿长度方向朝向车体外侧凸出的方式弯曲。柱内面板3也以稍向车体外侧凸出的方式弯曲。

柱外面板1的与长度方向垂直的截面的形状是朝向弯曲外侧凸出的形状。以下,将该截面形状称为预定截面形状[prescribed cross-sectional shape]。本实施方式中的预定截面形状还是朝向弯曲内侧凹陷的形状,具体来讲是有棱角的U字形状。柱内面板3的与长度方向垂直的截面形状是朝向(凹陷的深度较浅)弯曲外侧凹陷并且朝向弯曲内侧凸出的形状,是相对于柱外面板1的有棱角的U字形状对称的有棱角的U字形状。

柱外面板1和柱内面板3是通过对钢板进行冲压成型而形成的。此外,上述的柱外面板1和柱内面板3分别自两侧缘朝向外侧各自延伸设置有凸缘部,具有帽形截面。帽形截面是自有棱角的U字形截面延伸设置有凸缘部的截面,是预定截面形状的一种,并且是有棱角的U字形的一种。有棱角的U字形截面是侧板分别自底板(也能够理解为正面板)的两侧缘立起而形成的。一对侧板相互相对,相互大致平行。在本实施方式中,形成有用于使柱外面板1的底板(正面板)的局部提升强度和刚性的加强筋10,柱外面板1的截面形状为有棱角的U字形(帽形)。

柱外面板1和柱内面板3在上述的凸缘部利用点焊相互接合。此外,也存在这样的情况:在柱内面板3的外侧配置有车身侧面板的中心柱部分(即,柱外面板1被用作支柱加强件)。这样的情况下,车身侧面板也利用点焊接合为一体。利用柱外面板1和柱内面板3来构成作为复合纵长构件的中心柱,但在中心柱(复合纵长构件)的内部安装一对增强构件2,由此该中心柱能够有效地抵抗来自弯曲外侧的负荷。

在本实施方式中,一对增强构件2具有第一增强构件2x和第二增强构件2y(即,多个增强构件2x和2y)。第一增强构件2x和第二增强构件2y对称地形成,成对使用。各增强构件2由纤维强化性树脂形成,更具体地讲,由以热固化性树脂为基质树脂的CFRP(碳素纤维强化性树脂)形成。增强构件2的CFRP在粘接于柱外面板1之前,其基质树脂已经固化。增强构件2具有带状的形状,在本实施方式中,在其两端(一端和另一端)形成有作为粘接部的凸片2a。凸片2a相对于增强构件2的长度方向以直角向侧方延伸。各增强构件2在其两端(包含凸片2a)利用粘接剂粘接于柱外面板1的内侧。

更具体地讲,各增强构件2的一端(上端)粘接于柱外面板1的一端侧(上端侧/上部),其另一端(下端)粘接于柱外面板1的另一端侧(下端侧/下部)。利用粘接面积即利用凸片2a的面积来调整其粘接强度。在本实施方式中,第一增强构件2x的凸片2a直接粘接于柱外面板1,第二增强构件2y的凸片2a借助第一增强构件2x的凸片2a粘接于柱外面板1。增强构件2的两端之间形成有三维地沿直线延伸的中间部2b。中间部2b的CFRP的纤维的取向与中间部2b的延伸设置方向一致。

此外,增强构件2也可以仅设置一根,但这种情况下,若厚度相同,则需要上述第一增强构件2x和第二增强构件2y的合计宽度。另外,在设有一根增强构件2的情况下,其两端粘接于柱外面板1的上述底板(正面板)的内面(不需要凸片2a)。但是,在本实施方式中,复合纵长构件被用作车体的中心柱,在柱外面板1设有后门铰链的安装孔11。后门铰链自车厢侧利用螺母紧固,因此当使一根增强构件2粘接于柱外面板1的底板(正面板)的内面时,则不能紧固螺母。如果在空间上没有问题,也可以将上述一根增强构件2仅粘接于一个侧板,但如图3所示,在本实施方式中空间上存在困难。

另外,柱外面板1也形成有用于供朝向后门的线束通过的贯通孔12。该贯通孔12安装有保护线束并且防止雨水进入中心柱内部的垫圈的一端(垫圈的另一端安装于后门)。因此,当将一根增强构件2粘接于柱外面板1的底板(正面板)的内面时,则不能使线束通过贯通孔12。在此,在本实施方式中,通过分开设置第一增强构件2x和第二增强构件2y,由此来提升配置自由度。具体而言,以中间部2b的面与柱外面板1的侧板的面大致平行的方式,使增强构件2取向,由此能够有效地利用中心柱的内部空间。

此外,在柱内面板3也形成有用于将螺母紧固于上述的后门铰链的开口30。另外,在柱外面板1的侧板还设有前门的门锁闩眼的安装孔13、限制后门的最大开度的限位连杆的安装孔(未图示)。对于门锁闩眼的安装孔13、限位连杆的安装孔,在柱外面板1的内侧焊接有焊接螺母。因此,增强构件2配置为避免与这些焊接螺母的干扰。因此,较高的配置自由度是有效的。

此外,中心柱的根部的内部收纳有前排的座椅安全带单元。因此,柱内面板3的下端形成有开口31。座椅安全带的织带的腰侧自该开口31导出。另外,柱内面板3也形成有供座椅安全带的织带的肩侧导出的开口32。虽未图示,但在中心柱(复合纵长构件)的上部也设有用于保持座椅安全带固定器的机构。即使考虑到这些单元、机构,较高的配置自由度也是有效的。

如上所述,在本实施方式中,在弯曲的柱外面板1的上述的预定截面形状的内侧粘接有增强构件2的两端。而且,增强构件2的中间部2b沿直线地延伸设置于弯曲的柱外面板1的内侧。即,中间部2b像弓弦那样配设。因此,在其他车辆自侧方向车体碰撞、或由于该碰撞车体发生侧翻的情况下,负荷自弯曲外侧作用于中心柱(复合纵长构件)。来自弯曲外侧的负荷以拉伸弯曲的方式作用于柱外面板1。其结果,拉伸负荷作用于增强构件2的中间部2b,但CFRP的中间部2b能够有效地抵抗该拉伸负荷,抑制中心柱(复合纵长构件)的变形。在此,中间部2b的CFRP的纤维的方向与中间部2b的延伸设置方向一致,因此能够更有效地抵抗拉伸负荷。在本实施方式中,复合纵长构件是车体的中心柱,因此能够维持车厢空间。

形成增强构件2的纤维强化树脂(CFRP)针对拉伸负荷较强,但针对压缩负荷较弱。在本实施方式中,对中间部2b仅作用拉伸负荷,而不作用压缩负荷,因此能够稳定地抵抗拉伸负荷。在上述的来自弯曲外侧的负荷较大的情况下,也存在中心柱开始向弯曲内侧变形的情况。在该情况下,也如上所述的那样,增强构件2像弓弦那样地安装于弯曲的柱外面板1,柱外面板1和增强构件2之间存在间隙。因此,仅拉伸负荷作用于增强构件2,直到柱外面板1发生较大的变形而与增强构件2接触。因此,能够更有效地抑制中心柱(复合纵长构件)的变形,直到柱外面板1发生较大的变形。

接下来,参照图4对第二实施方式进行说明。此外,对于与上述的第一实施方式相同或同等的构成要素,标注相同附图标记并省略它们的详细说明。对于本实施方式的中心柱,第一实施方式的一对增强构件2以在侧视时交叉的方式设有两对。在第一实施方式中,将一对增强构件2理解为第一增强构件2x和第二增强构件2y。本实施方式也能够如此理解,但将两对增强构件2的一者说明为第一增强构件2X,将另一者说明为第二增强构件2Y。

第一增强构件2X配设于柱外面板(主构件)1的上部,第二增强构件2Y配设于柱外面板1的下部。第一增强构件2X包括大致平行的一对第一增强构件2Xx和2Xy。增强构件2Xx和2Xy分别具有带状的形状,作为粘接部的凸片2a自增强构件的两端(一端和另一端)直角地延伸。第一增强构件2Xx和2Xy分别在其两端(包含凸片2a)利用粘接剂粘接于柱外面板1的内侧。在本实施方式中,第一增强构件2Xx的凸片2a直接粘接于柱外面板1,第一增强构件2Xy的凸片2a借助增强构件2Xx的凸片2a粘接于柱外面板1。分别对于第一增强构件2Xx和2Xy,其两端之间形成有三维地沿直线延伸的中间部2b。中间部2b的CFRP的纤维的取向与中间部2b的延伸设置方向一致。

同样地,第二增强构件2Y包括大致平行的一对第二增强构件2Yx和2Yy。增强构件2Yx和2Yy分别具有带状的形状,自其两端分别延伸有凸片2a。第二增强构件2Yx和2Yy分别在其两端(包含凸片2a)粘接于柱外面板1的内侧。第二增强构件2Yx的凸片2a直接粘接于柱外面板1,第二增强构件2Yy的凸片2a借助第二增强构件2Yx的凸片2a粘接于柱外面板1。分别对于第二增强构件2Yx和2Yy,其两端之间形成有三维地沿直线延伸的中间部2b。中间部2b的CFRP的纤维的取向与中间部2b的延伸设置方向一致。第一增强构件2X的中间部2b和第二增强构件2Y的中间部分别交叉。

本实施方式的第一增强构件2X和第二增强构件2Y也能够视为将第一实施方式的增强构件2分割而成的构件。通过分割,在本实施方式中设有增强构件2的范围向下方扩张(参照图4和图2)。通过分割来设置第一增强构件2X和第二增强构件2Y,能够沿着柱外面板1的弯曲形状配置增强构件2,能够防止与和柱外面板1相对的柱内面板3的干扰。即,能够提升增强构件2的配置自由度。因为能够提升增强构件2的配置自由度,所以能够避免与上述的焊接螺母等的干扰。

特别是,在本实施方式中,第一增强构件2X的中间部2b的延伸设置方向与第二增强构件2Y的中间部2b的延伸设置方向交叉。即,第一增强构件2X和第二增强构件2Y沿着柱外面板1的弯曲方向重叠配置。通过这样配置,当负荷自弯曲外侧作用于中心柱(复合纵长构件)时,能够在多个方向上产生抑制柱外面板1的变形的张力,并且也能够调整其位置。其结果,能够更有效地抵抗来自弯曲外侧的负荷。

另外,例如在第一实施方式中由于碰撞、侧翻,有时柱外面板1的上端向内侧弯折。在该情况下,增强构件2的中间部2b发生挠曲而不能抵抗来自弯曲外侧的负荷(拉伸负荷不作用于中间部2b)。在本实施方式的情况下,当柱外面板1发生同样的变形时,确实上方的第一增强构件2X与第一实施方式同样地中间部2b发生挠曲而不能抵抗来自弯曲外侧的负荷。但是,下方的第二增强构件2Y的中间部2b不发生挠曲,因此能够抵抗来自弯曲外侧的负荷。

上述第一实施方式和第二实施方式的复合纵长构件被用作车体骨架结构(中心柱),以朝向车体外侧凸出的方式弯曲来使用。在上述的碰撞时、侧翻时,负荷自车体的外侧作用于车体骨架结构构件,拉伸负荷作用于增强构件2。增强构件2由强化纤维树脂(在本实施方式中为CFRP)形成,与压缩负荷相比针对拉伸负荷较强。另外,由于上述的负荷,压缩负荷也作用于主构件1(和副构件3),但由金属形成的主构件1(和副构件3)针对压缩负荷较强。因此,上述实施方式的复合纵长构件能够有效地抵抗在碰撞时、侧翻时作用的负荷,因此优选为用作车体骨架结构。例如,上述实施方式的复合纵长构件除了中心柱(B柱),还能够适当地用作A柱、C柱、车顶纵梁、前保险杠以及后保险杠(使主构件1以朝向车体外侧凸出的方式弯曲)。特别是,通过将复合纵长构件用作车厢的外轮廓结构件(A~C柱、车顶纵梁),即使负荷自车体外侧作用,也能够维持车厢空间(生存空间)。

此外,本发明不限定于上述实施方式。例如,在上述实施方式中,增强构件2由CFRP形成,但也可以由CFRTP、GFRP等其他的纤维强化树脂形成。

产业上的可利用性

本发明的复合纵长构件(及其形成方法)能够用于车体骨架结构构件。

附图标记说明

1、柱外面板(主构件);2、增强构件;2x、2X、第一增强构件;2y、2Y、第二增强构件;2a、凸片(增强构件的一端或另一端);2b、(增强构件的)中间部;3、柱内面板(副构件)

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